超高壓變質(zhì)折返過程中的部分熔融

脫昱

摘要：超高壓變質(zhì)巖在折返過程中普遍存在部分熔融作用，由于部分熔融作用產(chǎn)生的熔體富硅鋁而貧鐵鎂，所以其在野外主要表現(xiàn)為較圍巖顏色淺的不同尺度的淺色脈體。通過研究發(fā)現(xiàn)，含水礦物或名義上的無水礦物的脫水熔融是超高壓變質(zhì)巖部分熔融的主要機(jī)制。超高壓變質(zhì)巖的部分熔融可以改變巖石的流變學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響巖石的強(qiáng)度，對深俯沖陸殼的折返作用具有顯著影響，識別超高壓變質(zhì)巖石折返過程中的部分熔融現(xiàn)象對大陸深俯沖過程中發(fā)生的殼幔相互作用和陸殼物質(zhì)再循環(huán)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：超高壓變質(zhì)；大陸深俯沖與折返；部分熔融；淺色脈體；相平衡計(jì)算；實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)脫水熔融

1 大陸深俯沖和超高壓變質(zhì)

超高壓變質(zhì)作用是指溫壓條件達(dá)到石英一柯石英轉(zhuǎn)變線（通常為600-700℃和2.6-2.7GPa，相當(dāng)于80-90km的深度）以上的一種極高靜巖壓力的榴輝巖相變質(zhì)作用。超高壓變質(zhì)巖通常只包括經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用的表殼巖和相關(guān)的鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖，而不包括在上地幔穩(wěn)定存在的地幔巖。變質(zhì)表殼巖石中柯石英的發(fā)現(xiàn)在全球引發(fā)了超高壓變質(zhì)和大陸深俯沖研究的熱潮。隨后，新的超高壓指示礦物和特殊出溶結(jié)構(gòu)不斷發(fā)現(xiàn)，俯沖深度不斷被刷新。

2 超高壓變質(zhì)折返過程中的部分熔融現(xiàn)象

雖然在大陸俯沖過程中缺少同碰撞巖漿活動(dòng)，但世界上很多超高壓變質(zhì)帶都有部分熔融作用的存在，如：大別一蘇魯造山帶、哈薩克斯坦造山帶和挪威西片麻巖地區(qū)。超高壓變質(zhì)巖中的部分熔融作用主要表現(xiàn)為宏觀的不同尺度的脈體。由于在地殼巖石中，部分熔融產(chǎn)生的熔體相對于原巖更富硅、鋁而貧鐵鎂，所以其通常形成較圍巖巖石淺的淺色脈體，其礦物組合主要包括石英、長石和云母等。不同于洋殼，大陸俯沖帶巖石圈地幔楔具有高粘滯度、低溫度和低水活度等特點(diǎn)，所以在陸殼俯沖過程中超高壓巖石很難發(fā)生部分熔融作用，又由于大部分超高壓巖石峰期變質(zhì)溫度較低，不足以導(dǎo)致超高壓巖石發(fā)生部分熔融，所以超高壓巖石在峰期也沒有明顯的部分熔融作用發(fā)生。近些年來年代學(xué)的研究顯示，淺色脈體形成的時(shí)代一般都晚于其圍巖的峰期變質(zhì)年齡，主要發(fā)生在超高壓巖石折返初期。

3 部分熔融機(jī)制

部分熔融發(fā)生的條件主要有：升溫、減壓和流體的加入。通過相平衡計(jì)算研究表明在超高壓巖石俯沖的進(jìn)變質(zhì)和峰期變質(zhì)過程中，由于壓力很高，所以需要很高的溫度（約800℃）才能使巖石發(fā)生部分熔融作用，因?yàn)楦_的陸殼一般地溫梯度較小，所以很難在相應(yīng)深度達(dá)到如此之高的溫度，所以在俯沖和峰期變質(zhì)過程中部分熔融作用較少。

在對基性榴輝巖進(jìn)行部分熔融實(shí)驗(yàn)時(shí)，隨著壓力的升高，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的原始熔體的成分在l.OGPa時(shí)為英云閃長質(zhì)，1.5 GPa時(shí)為英云閃長一奧長花崗質(zhì)，2.1-2.7GPa時(shí)為石英二長質(zhì)，當(dāng)壓力升高到3.2GPa時(shí)產(chǎn)生典型花崗質(zhì)巖漿。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明，在流體缺失時(shí)，基性巖的部分熔融主要受角閃石脫水熔融反應(yīng)控制，在不同壓力下角閃石脫水熔融反應(yīng)為：

Pl+ Amp±Qz=Opx+ Cpx +Ilm+ melt.

（P< lOkbar）

Pl+ Amp±Qz=Gt+ Cpx +Ilm+ melt

（P< 10-20kbar）

Amp±Qz=Gt+Cpx+ Ru+ melt

（P> 20kbar）

對天然淺色脈體的研究發(fā)現(xiàn)，在俯沖折返過程中含水礦物或名義上無水礦物在減壓后的脫水熔融是部分熔融發(fā)生的主要機(jī)制。由于脫水熔融的礦物和熔融的溫壓條件不同，形成的淺色體具有不同的礦物組合和地球化學(xué)特征。其中多硅白云母的脫水熔融多形成的長英質(zhì)熔體富Si、高K并且富含Rb和Ba，其形成的淺色脈體中主要為鉀長石、斜長石，石英及少量的黑云母、白云母、角閃石、石榴石等，是富鉀淺色脈體的主要成因；黝簾石部分熔融形成的熔體具有高Sr、LREE、Pb的特征，其形成的淺色脈體中的礦物主要為：斜長石、石英及少量的黑云母、白云母、角閃石等，另可含少量的副礦物；綠輝石部分熔融產(chǎn)生的熔體具有高Na/K和高Ca的特征，其形成的淺色脈體中的長石主要為鈉長石；角閃石的部分熔融由于發(fā)生在斜長石的穩(wěn)定域，因而它所產(chǎn)生的熔體具有低Ca和Sr的特征，并且會(huì)出現(xiàn)明顯的Eu負(fù)異常。

4 部分熔融的意義

超高壓變質(zhì)巖石在折返過程中普遍存在部分熔融作用，部分熔融作用可以顯著改變巖石的流變學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響巖石的強(qiáng)度，在俯沖晚期的部分熔融作用可以使其折返，而在折返早期的部分熔融作用則可以促進(jìn)板片的抬升。當(dāng)俯沖地殼拆離進(jìn)入俯沖隧道后，部分熔融作用會(huì)極大地促進(jìn)折返。因此對超高壓變質(zhì)巖石折返過程中發(fā)生的部分熔融現(xiàn)象的識別和探討，對揭示陸殼俯沖過程中的元素遷移、構(gòu)造演化、陸殼折返機(jī)制及殼幔相互作用具有重要意義。